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摘 要：脱水是污泥处理工艺中的核心环节之一，深度脱水之后不仅达到了减量化的效果，而且为后续的污泥高效化处理、资源化利用等提供了有利条件。一体式高压带式脱水设备具有运行能耗低、占地面积小、系统安全性高、支持连续运行等一系列优势，逐渐成为现代污泥处理项目中常用的设备。本文结合某污泥处理项目，首先概述了高压带式脱水设备的各项技术优势，并对比了该项目现行的高压板框脱水与一体式高压带式脱水工艺的优缺点;随后对污泥脱水工艺改造的工艺设计、实施过程，以及改造后的运行效果和经济效益等展开了简要分析。实践表明，使用高压带式脱水设备后，污泥含水率进一步降低，减量明显，具有推广应用价值。
关键词：SFD高压带式脫水机;污泥处理;SMA型改性剂;二维压榨
企业排放的污泥含水率通常在80%以上，通过深度脱水处理可以将含水率降至60%甚至更低，水分被排出后污泥的体积也会随之减小，从而在提高后续处理效率和控制污泥处理成本等方面发挥了重要价值。SFD高压带式脱水设备能够广泛适用于市政污泥、工业污泥、建筑泥浆、河湖底泥以及其他各类废渣的减量脱水处理，显著降低含水率等突出问题，在污泥无害化处理和资源化利用等方面也有突出优势。了解SFD高压带式脱水设备的运行原理和结构组成，能够为污泥处理工艺的优化和改造提供必要的支持。
1.污泥处理项目概况
某市政污水处理厂日处理规模1.3×105m3，每天产生污泥量在95-100t（含水量80%计）。该厂原来的污泥处理工艺中，采用的是“高压板框脱水+石灰干化”组合模式，高压板框脱水后污泥含水率在75%-80%之间，之后再使用石灰干化将含水率降低至60%以下，最后进行填埋。但是该处理工艺存在诸多弊端，例如加入石灰后导致污泥增量明显，另外石灰价格的上涨也导致污泥处理成本增加等。鉴于此，该厂决定用SFD高压带式深度脱水设备代替现有的高压板框脱水设备，达到降低处理成本、实现污泥减量、提高污泥热值的效果，实现最终处理产物的资源化利用。
2.高压带式脱水设备的技术优势
2.1脱水效率高、效果好
通过随机取样测量，该厂排放污泥的平均含水率为87.9%。使用SFD一体式高压带式深度脱水设备后，污泥脱水效果有明显提升，设备末端出泥含水率稳定控制在70%以下，大部分情况下可以达到60%。该设备之所以能够取得良好的脱水效果，得益于采用了“浓缩+二维压榨”的复合技术。第一步是絮凝和浓缩。絮凝过程利用其分子上所带电荷与污泥颗料所带电荷相反，正负电荷中和后使之脱稳，同时利用其高分子的长链条作用把许多细小污泥颗粒吸附并缠结在一起，结成较大的颗粒。形成絮体的复相流体通过滤带，在重力作用下实现固液分离。第二步是改性和压榨。向污泥中加入适量的SMA型改性剂，通过充分搅拌使其与污泥均匀混合，达到提高污泥孔隙率、强化孔隙结构的调理效果。除此之外，改性剂还具有把结合水转化成游离水的功能。完成污泥改性之后，再利用双层滤带夹带污泥滤饼在压辊表面形成径向力和切向剪切力，让污泥滤饼在二维作用力下脱水。该设备提供低压、高压、超高压3种压榨模式，在超高压区的脱水压力是普通带式脱水机的10倍以上，实现了脱水效率和脱水效果的同步提升。正常情况下，只需要10s左右的时间，就可以将污泥含水率降低到70%之内。
2.2支持全自动连续运行
以往使用的高压板框脱水设备，在完成污泥脱水之后，需要将设备停运，人工铲落脱水压缩后的泥饼，然后再重新启动设备。这种频繁起停的间歇运行模式，不仅增加了设备耗电成本和人工管理成本，而且操作难度较高，污泥脱水效率也会受到影响。相比之下，SFD一体式高压带式深度脱水设备支持全自动连续运行，出泥无需人工干预。全自动运行流程如下：首先，污泥经污泥螺杆泵输送至高压带式污泥深度脱水机，在污泥管道中加入PAM絮凝，进入高压带式污泥深度脱水机浓缩段浓缩。其次，浓缩段的前部连接加药装置，可向污泥中加入改性剂。在搅拌作用下，改性剂与污泥发生物理、化学反应，使污泥持水性降低，为提高脱水效果奠定了基础。最后，改性后的污泥进入到压榨区，在压力作用下实现了深度脱水。最后从出泥口排出含水率在60%左右、直径在5-10mm之间的多孔薄片状泥饼。排出的泥饼掉落到下放的输送带上，运输至集料仓完成收集。
2.3技术工艺的比选
该污水处理厂原来的污泥脱水工艺为高压板框设备脱水，现决定使用SFD一体式高压带式深度脱水设备进行替换，选择运行费用、占地面积、操作便捷性和系统安全性等指标进行对比，具体内容如表1所示。
结合表1可知，SFD一体式高压带式脱水设备在运行费用、臭气收集、装机功率等多项技术指标上，均优于该污水处理厂现行的高压板框脱水设备，技术工艺的优势明显，具有改造优化的可行性。
3.高压带式脱水设备在污泥处理项目中的应用
3.1物料准备
根据该污水处理厂污泥产量和处理要求，改造工艺中需要配置2台SFD-1400型一体式高压带式脱水机，基本参数为：滤布宽幅1.4m;外形尺寸3800mm×2100mm×2500mm;处理能力1.5-3.5t/h（含水率80%计）;绝干污泥0.3-0.7。结构组成方面，该设备采用模块化分区设计，由布料系统、清洗系统、立式排布压榨系统等组成。压榨系统主要压榨辊系统采用立式排布，每组压榨辊下方设置独立的集水盘，以防止压滤液重新流入压榨辊，且接水盘循环自清洗，减少人工清洗。另外，还需要配备污泥改性混合机、改性剂投加装置、冲洗水泵等装置。改造后的脱水工艺流程如图1所示。
3.2改造工艺
3.2.1污泥改性
污水处理厂排放的原始污泥中，不仅含水率高，而且水分多以结合水的形式存在，这导致压榨脱水的难度较高，因此最终出泥的减量不明显。污泥改性的原理就是通过掺加改性剂，将污泥中比较稳定的结合水，转化成游离水，从而降低压榨难度，使水分更容易从污泥中脱出，实现固液分离，让污泥减量更加明显。作为深度脱水的核心工艺，污泥改性中选用的改性剂类型，以及改性剂的用量等，是决定改性效果的关键因素。本项目中选用的是SMA-4型改性剂，可用于市政污泥、工业污泥的改性处理，投加量为污泥质量的0.5-2.0%。提前将改性剂装入专用的投加装置中，该装置可根据污泥调理混合机中当前污泥的量，自动控制投加装置阀门的开闭，保证改性剂的加入量合适。既避免了加入量不足导致污泥无法完全反应的情况，又解决了过量加入导致成本升高的情况。通过取样分析表明，在未加入SMA-4型改性剂前，污泥微观形态以片状为主，孔隙尺寸在3-5μm;而加入改性剂后，污泥微观形态以颗粒状为主，孔隙尺寸增加至6-8μm。孔隙增大、孔隙率上升，使得压榨环节水分更容易排出。 3.2.2深度脱水
污泥经过改性处理后，即可进入深度脱水系统。首先通过布料装置，将污泥均匀洒布在底层滤带的上，然后在上方加盖一层滤带，以“双滤带夹污泥”的形式在传动装置的带动下向前运行。在经过压榨辊时，污泥分别受到了径向压力、切向剪切力，在二维作用力下完成脱水。压榨出来的压滤液通过下方的圆锥形收集盘，并通过排水管最终回流到污水厂污水处理工艺的进水口，实现废水的零排放。另外，经过压榨深度脱水后的泥饼，由刮刀自动切割、掉落。切割后形成以颗粒、粉末等形状为主的产物。取样进行最终产物的含水率测定，其平均值为62.5%。相比于初始污泥（87.9%），含水率下降了25.4个百分点;相比于该厂原来的脱水工艺（73.6%）。含水率下降了11.1%，因此按照该工艺方案进行改造后脱水效果会更加明显。
3.3改造工程的实施
该污水处理厂原脱水车间占地面积18.5m×26.4m，附近有一块占地面积14.0m×20.5m的石灰干化车间。另外还配备了污泥输送机、石灰储罐等设备。改造方案如下：保留原脱水车间，将石灰干化车间拆除，原来的污泥输送机、冲洗水装置等均保留，经过适当改造后重新使用。将石灰储罐清理干净后，重新用作SMA-4型改性剂的储备装置。另外新增污泥调理混合机、恒压机等设备。
3.4改造效果分析
3.4.1生产调试效果
完成改造后，开展生产调试验证污泥脱水效果是否达到预期。将改性剂的投加量设定为污泥质量的0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。选择当日产生污泥，利用该系统进行连续深度脱水，记录并对比脱水前后污泥含水率的变化情况。
结合表2可知，使用SFD一体式高压带式脱水机后，污泥脱水率有了明显的下降。在未加入改性剂的情况下，原始污泥的含水率为85.2%，而经过工艺处理后降到了66.7%;加入SMA-4型改性剂后，脱水效果进一步增强。本次生产调试中，分别测试了改性剂不同加入量下的脱水效果，发现在加入量为1.0%时，脱水效果最佳，从处理前的89.3%降低至處理后的60.1%，脱水率达到了29.2%。因此，在该污泥处理项目实际运行后，可以将改性剂的添加比例确定在1.0%，既保证了污泥脱水效果，又控制了成本。
3.4.2综合效益分析
本次污水处理项目改造后，主要在以下方面取得了显著效果：（1）处理后污泥含水率下降明显。改造前的高压板框脱水设备处理后为含水率为73.6%，改造后使用SFD一体式高压带式脱水设备，含水率为62.5%。工艺改造后污泥减量率达到32.3%;（2）处理后污泥可以实现资源化利用。改造前经脱水处理后的污泥，以填埋为主。而改造后的泥饼由于热值较高，因此可以作为工业燃料使用，例如火电厂可以将泥饼与焦煤按一定比例混合后掺烧。对于污水处理厂来说，将泥饼作为工业原材料出售也能获得一部分利润，相当于间接降低了污泥处理的成本。因此工艺改造后也创造了可观的经济效益。（3）原工艺中处理后的污泥无法保证无害化，因此填埋之后可能会对地下水造成污染。而改造后的工艺中，废水（压滤液）可直接进行污水回收系统，与污水处理厂的污水一并处理;废渣（泥饼）收集起来进行资源化利用。整个工艺中不向外界排放废物，环保效益良好。
结语：使用高压带式脱水设备进行污泥处理，具有脱水率高、减量明显，运行能耗低、环保效益好，产物可实现资源化利用等一系列优点。在污泥处理项目的升级与改造中，可以使用SFD一体式高压带式脱水机，替换现有的传统脱水装置，在环保效益、经济效益、社会效益等方面都会取得明显成效。
参考文献：
[1]颜莹莹，孟春霖，梁远，等.连续深度脱水耦合低温干化工艺用于鹰潭污泥处理厂[J].中国给水排水，2020（16）：124-125.
[2]李建，阮燕霞，陈良才，等.粉煤灰改性——高压带式连续脱水设备用于污泥减量[J].中国给水排水，2019（14）：116-120.
[3]郑泰山，蔡川，黄宋义，等.污泥深度机械脱水技术及设备的比较分析[J].机电工程技术，2018（03）：109-112.
[4]陆大玮.带式污泥脱水机及成套设备结构分析和优化设计[J].节能与环保，2019（05）：36-38.
[5]王茜茜，林英，余涛.直接压滤式深度脱水技术在污水污泥处理中的应用[J].低碳世界，2019，9（02）：7-8.
关键词：SFD高压带式脫水机;污泥处理;SMA型改性剂;二维压榨
企业排放的污泥含水率通常在80%以上，通过深度脱水处理可以将含水率降至60%甚至更低，水分被排出后污泥的体积也会随之减小，从而在提高后续处理效率和控制污泥处理成本等方面发挥了重要价值。SFD高压带式脱水设备能够广泛适用于市政污泥、工业污泥、建筑泥浆、河湖底泥以及其他各类废渣的减量脱水处理，显著降低含水率等突出问题，在污泥无害化处理和资源化利用等方面也有突出优势。了解SFD高压带式脱水设备的运行原理和结构组成，能够为污泥处理工艺的优化和改造提供必要的支持。
1.污泥处理项目概况
某市政污水处理厂日处理规模1.3×105m3，每天产生污泥量在95-100t（含水量80%计）。该厂原来的污泥处理工艺中，采用的是“高压板框脱水+石灰干化”组合模式，高压板框脱水后污泥含水率在75%-80%之间，之后再使用石灰干化将含水率降低至60%以下，最后进行填埋。但是该处理工艺存在诸多弊端，例如加入石灰后导致污泥增量明显，另外石灰价格的上涨也导致污泥处理成本增加等。鉴于此，该厂决定用SFD高压带式深度脱水设备代替现有的高压板框脱水设备，达到降低处理成本、实现污泥减量、提高污泥热值的效果，实现最终处理产物的资源化利用。
2.高压带式脱水设备的技术优势
2.1脱水效率高、效果好
通过随机取样测量，该厂排放污泥的平均含水率为87.9%。使用SFD一体式高压带式深度脱水设备后，污泥脱水效果有明显提升，设备末端出泥含水率稳定控制在70%以下，大部分情况下可以达到60%。该设备之所以能够取得良好的脱水效果，得益于采用了“浓缩+二维压榨”的复合技术。第一步是絮凝和浓缩。絮凝过程利用其分子上所带电荷与污泥颗料所带电荷相反，正负电荷中和后使之脱稳，同时利用其高分子的长链条作用把许多细小污泥颗粒吸附并缠结在一起，结成较大的颗粒。形成絮体的复相流体通过滤带，在重力作用下实现固液分离。第二步是改性和压榨。向污泥中加入适量的SMA型改性剂，通过充分搅拌使其与污泥均匀混合，达到提高污泥孔隙率、强化孔隙结构的调理效果。除此之外，改性剂还具有把结合水转化成游离水的功能。完成污泥改性之后，再利用双层滤带夹带污泥滤饼在压辊表面形成径向力和切向剪切力，让污泥滤饼在二维作用力下脱水。该设备提供低压、高压、超高压3种压榨模式，在超高压区的脱水压力是普通带式脱水机的10倍以上，实现了脱水效率和脱水效果的同步提升。正常情况下，只需要10s左右的时间，就可以将污泥含水率降低到70%之内。
2.2支持全自动连续运行
以往使用的高压板框脱水设备，在完成污泥脱水之后，需要将设备停运，人工铲落脱水压缩后的泥饼，然后再重新启动设备。这种频繁起停的间歇运行模式，不仅增加了设备耗电成本和人工管理成本，而且操作难度较高，污泥脱水效率也会受到影响。相比之下，SFD一体式高压带式深度脱水设备支持全自动连续运行，出泥无需人工干预。全自动运行流程如下：首先，污泥经污泥螺杆泵输送至高压带式污泥深度脱水机，在污泥管道中加入PAM絮凝，进入高压带式污泥深度脱水机浓缩段浓缩。其次，浓缩段的前部连接加药装置，可向污泥中加入改性剂。在搅拌作用下，改性剂与污泥发生物理、化学反应，使污泥持水性降低，为提高脱水效果奠定了基础。最后，改性后的污泥进入到压榨区，在压力作用下实现了深度脱水。最后从出泥口排出含水率在60%左右、直径在5-10mm之间的多孔薄片状泥饼。排出的泥饼掉落到下放的输送带上，运输至集料仓完成收集。
2.3技术工艺的比选
该污水处理厂原来的污泥脱水工艺为高压板框设备脱水，现决定使用SFD一体式高压带式深度脱水设备进行替换，选择运行费用、占地面积、操作便捷性和系统安全性等指标进行对比，具体内容如表1所示。
结合表1可知，SFD一体式高压带式脱水设备在运行费用、臭气收集、装机功率等多项技术指标上，均优于该污水处理厂现行的高压板框脱水设备，技术工艺的优势明显，具有改造优化的可行性。
3.高压带式脱水设备在污泥处理项目中的应用
3.1物料准备
根据该污水处理厂污泥产量和处理要求，改造工艺中需要配置2台SFD-1400型一体式高压带式脱水机，基本参数为：滤布宽幅1.4m;外形尺寸3800mm×2100mm×2500mm;处理能力1.5-3.5t/h（含水率80%计）;绝干污泥0.3-0.7。结构组成方面，该设备采用模块化分区设计，由布料系统、清洗系统、立式排布压榨系统等组成。压榨系统主要压榨辊系统采用立式排布，每组压榨辊下方设置独立的集水盘，以防止压滤液重新流入压榨辊，且接水盘循环自清洗，减少人工清洗。另外，还需要配备污泥改性混合机、改性剂投加装置、冲洗水泵等装置。改造后的脱水工艺流程如图1所示。
3.2改造工艺
3.2.1污泥改性
污水处理厂排放的原始污泥中，不仅含水率高，而且水分多以结合水的形式存在，这导致压榨脱水的难度较高，因此最终出泥的减量不明显。污泥改性的原理就是通过掺加改性剂，将污泥中比较稳定的结合水，转化成游离水，从而降低压榨难度，使水分更容易从污泥中脱出，实现固液分离，让污泥减量更加明显。作为深度脱水的核心工艺，污泥改性中选用的改性剂类型，以及改性剂的用量等，是决定改性效果的关键因素。本项目中选用的是SMA-4型改性剂，可用于市政污泥、工业污泥的改性处理，投加量为污泥质量的0.5-2.0%。提前将改性剂装入专用的投加装置中，该装置可根据污泥调理混合机中当前污泥的量，自动控制投加装置阀门的开闭，保证改性剂的加入量合适。既避免了加入量不足导致污泥无法完全反应的情况，又解决了过量加入导致成本升高的情况。通过取样分析表明，在未加入SMA-4型改性剂前，污泥微观形态以片状为主，孔隙尺寸在3-5μm;而加入改性剂后，污泥微观形态以颗粒状为主，孔隙尺寸增加至6-8μm。孔隙增大、孔隙率上升，使得压榨环节水分更容易排出。 3.2.2深度脱水
污泥经过改性处理后，即可进入深度脱水系统。首先通过布料装置，将污泥均匀洒布在底层滤带的上，然后在上方加盖一层滤带，以“双滤带夹污泥”的形式在传动装置的带动下向前运行。在经过压榨辊时，污泥分别受到了径向压力、切向剪切力，在二维作用力下完成脱水。压榨出来的压滤液通过下方的圆锥形收集盘，并通过排水管最终回流到污水厂污水处理工艺的进水口，实现废水的零排放。另外，经过压榨深度脱水后的泥饼，由刮刀自动切割、掉落。切割后形成以颗粒、粉末等形状为主的产物。取样进行最终产物的含水率测定，其平均值为62.5%。相比于初始污泥（87.9%），含水率下降了25.4个百分点;相比于该厂原来的脱水工艺（73.6%）。含水率下降了11.1%，因此按照该工艺方案进行改造后脱水效果会更加明显。
3.3改造工程的实施
该污水处理厂原脱水车间占地面积18.5m×26.4m，附近有一块占地面积14.0m×20.5m的石灰干化车间。另外还配备了污泥输送机、石灰储罐等设备。改造方案如下：保留原脱水车间，将石灰干化车间拆除，原来的污泥输送机、冲洗水装置等均保留，经过适当改造后重新使用。将石灰储罐清理干净后，重新用作SMA-4型改性剂的储备装置。另外新增污泥调理混合机、恒压机等设备。
3.4改造效果分析
3.4.1生产调试效果
完成改造后，开展生产调试验证污泥脱水效果是否达到预期。将改性剂的投加量设定为污泥质量的0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%。选择当日产生污泥，利用该系统进行连续深度脱水，记录并对比脱水前后污泥含水率的变化情况。
结合表2可知，使用SFD一体式高压带式脱水机后，污泥脱水率有了明显的下降。在未加入改性剂的情况下，原始污泥的含水率为85.2%，而经过工艺处理后降到了66.7%;加入SMA-4型改性剂后，脱水效果进一步增强。本次生产调试中，分别测试了改性剂不同加入量下的脱水效果，发现在加入量为1.0%时，脱水效果最佳，从处理前的89.3%降低至處理后的60.1%，脱水率达到了29.2%。因此，在该污泥处理项目实际运行后，可以将改性剂的添加比例确定在1.0%，既保证了污泥脱水效果，又控制了成本。
3.4.2综合效益分析
本次污水处理项目改造后，主要在以下方面取得了显著效果：（1）处理后污泥含水率下降明显。改造前的高压板框脱水设备处理后为含水率为73.6%，改造后使用SFD一体式高压带式脱水设备，含水率为62.5%。工艺改造后污泥减量率达到32.3%;（2）处理后污泥可以实现资源化利用。改造前经脱水处理后的污泥，以填埋为主。而改造后的泥饼由于热值较高，因此可以作为工业燃料使用，例如火电厂可以将泥饼与焦煤按一定比例混合后掺烧。对于污水处理厂来说，将泥饼作为工业原材料出售也能获得一部分利润，相当于间接降低了污泥处理的成本。因此工艺改造后也创造了可观的经济效益。（3）原工艺中处理后的污泥无法保证无害化，因此填埋之后可能会对地下水造成污染。而改造后的工艺中，废水（压滤液）可直接进行污水回收系统，与污水处理厂的污水一并处理;废渣（泥饼）收集起来进行资源化利用。整个工艺中不向外界排放废物，环保效益良好。
结语：使用高压带式脱水设备进行污泥处理，具有脱水率高、减量明显，运行能耗低、环保效益好，产物可实现资源化利用等一系列优点。在污泥处理项目的升级与改造中，可以使用SFD一体式高压带式脱水机，替换现有的传统脱水装置，在环保效益、经济效益、社会效益等方面都会取得明显成效。
参考文献：
[1]颜莹莹，孟春霖，梁远，等.连续深度脱水耦合低温干化工艺用于鹰潭污泥处理厂[J].中国给水排水，2020（16）：124-125.
[2]李建，阮燕霞，陈良才，等.粉煤灰改性——高压带式连续脱水设备用于污泥减量[J].中国给水排水，2019（14）：116-120.
[3]郑泰山，蔡川，黄宋义，等.污泥深度机械脱水技术及设备的比较分析[J].机电工程技术，2018（03）：109-112.
[4]陆大玮.带式污泥脱水机及成套设备结构分析和优化设计[J].节能与环保，2019（05）：36-38.
[5]王茜茜，林英，余涛.直接压滤式深度脱水技术在污水污泥处理中的应用[J].低碳世界，2019，9（02）：7-8.